第四节 蒸发量
1 蒸发量观测
朱庄水文站于1953年开始观测水面蒸发项目，观测方式有20cm铜器观测皿、20cm铁质观测皿80cm套盆蒸发器和E601蒸发器。目前，普遍认为E601蒸发器接近水面蒸发。
按照《河北省市级水资源评价技术细则》规定，采用标准蒸发器E601观测的资料代表水面蒸发量。水文部门的蒸发站在结冰期使用D20蒸发皿，非结冰期使用E601蒸发器或80cm套盆蒸发皿来测定水面蒸发量，需要将不同器皿所观测的水面蒸发资料折算成标准蒸发器E601的蒸发量。上述3种蒸发器（皿）与E601蒸发器换算系数见表7-34。
表7-34 水面蒸发折算系数采用值（与E601对比）
朱庄水库水面蒸发量观测以E601型观测为主，其他型号蒸发器（皿）作为辅助观测，如冰期观测，以其他型号蒸发器观测数值和E601型在冰期观测总量进行分配，求出E601行蒸发器完整的观测资料系列。表7-35为朱庄水库站E601行蒸发器逐月观测结果。
表7-35 朱庄站E601蒸发器监测成果
2 蒸发量年内变化特征
朱庄水库流域地处暖温带半湿润季风型大陆性气候区，受季风影响，四季分明，水面蒸发受气象因素影响，也有明显的季节变化。每年的结冰期，由于气温低蒸发很小，日平均蒸发量在1mm左右；4—6月由于干旱多风少雨，空气湿度小，气温逐渐回升，因此这段时期蒸发量很大，约占年蒸发量的42%左右，最大日蒸发量达10mm以上；7—9月虽然气温高，但降雨次数多，空气湿度大，风速小，所以此段时期蒸发量小于4—6月，约占全年的30%；10—11月气温逐渐降低，蒸发量也随之减少。
图7-11 朱庄水库站水面蒸发量年内变化柱状图
3 水库蒸发量
3.1 世界气象组织推荐的水面蒸发器
常用的水面蒸发器有E601型蒸发器和20cm口径蒸发皿，这些蒸发器（皿）观测的蒸发量只能表示在充分供水情况下该仪器的蒸发能力，不能够代表自然水体的蒸发能力，影响水资源评价的质量。国内外许多分析资料认为，当蒸发池的直径大于3.5m时，所测得的水面蒸发量比较接近大水体在自然条件下的蒸发量。
世界上不同国家和地区，使用的蒸发器（皿）各不相同。由于材料、尺寸、颜色和安装方法的不同，性能有很大差异。为此，世界气象组织仪器和观测方法委员会对其中使用比较普遍的下列三种蒸发器进行了比较。
（1）美国A级蒸发器。A级蒸发器是一个直径121cm、深25.5cm的圆柱状容器，安放在高出地面的木支架上。蒸发器用马口铁或蒙乃尔高强度耐蚀合金制成。蒸发器水面高度距蒸发器口缘5cm。
蒸发器中的水面高度有两种测量方法。一种是用钩形水位尺，另一种是用固定接点水尺。钩行水尺由可移动标尺和游标组成。在蒸发器中有水位观测井，它的直径为10cm，深30cm，底部有孔，使井内和蒸发器内的水面高度相同。固定接点水尺由一个固定在水位观测井中的有刻度的铜标尺构成，其上缘比器口缘低6～7cm；每次观测时用量杯加水或减水，使水面到固定接点后测定。
除测定水面高度的装置外，蒸发器中还装有测定水面温度的温度计。温度计通常放在一个平漂浮架上，温度计的球部与水面接触，并设有防太阳辐射影响温度计球的装置。
美国A级蒸发器已在许多国家使用。世界气象组织和国际水文科学协会曾把它作为国际地球物理年的标准仪器。A级蒸发器不仅广泛用于水文气象，而且也广泛用于农业和其他行业的水面蒸发观测。
（2）苏联ΓΓΝ-3000型蒸发器。ΓΓΝ-3000蒸发器是一个具有锥形底的圆柱形蒸发器。圆柱桶的直径61.8cm，中心深度68.5cm。蒸发器埋入地下，其口缘高出地面7.5cm。蒸发器中央有一个带刻度的金属管，在金属管上方安装着量管，量管有一个阀门。打开阀门时便可使其水面与蒸发器内水面的高度相同，然后把阀门关上，量出管内水面的高度。蒸发器内的水面应调到指针指示的高度，最低不低于针尖5mm，最高不得高于针尖10mm。
（3）20m2水面蒸发池。蒸发表面积为20m2的圆柱形平底蒸发池，水深2m，用4～5mm厚的锅炉钢板制成，蒸发池安装在土壤中，池缘高出地面7.5cm。
蒸发池内部和露出的外部表面涂白。仪器有测定装置，用来测定水面蒸发量。池内静止井中有一水位指示针，水面应调到针尖的高度，不低于针尖以下5mm，不高于针尖以上10mm。
通过对上述三种蒸发仪器对比观测实验，在20世纪80年代初期，世界气象组织仪器和观测方法委员会提出以20m2水面蒸发池作为水面蒸发量的临时国际标准，推荐ΓΓΝ-3000和A级蒸发器为站网用蒸发器。世界气象组织已通过这项建议。
3.2 朱庄水库蒸发量计算
目前，尚无直接测定天然水体水面蒸发的方法。通常确定水面蒸发的方法有器测法、水量平衡法、热量平衡法、湍流扩散法、经验公式法。目前采用的水面蒸发观测的方法是器测法，器测法所测得的蒸发量，要和代表天然水体的蒸发量进行折算，才能得到水库、湖泊等天然水体的蒸发量。
小型蒸发器观测到的蒸发量，与天然水体表面上的蒸发量仍有一定差别。观测资料表明，当蒸发器的面积大于20m2时，蒸发器观测的蒸发量与天然水体的蒸发量才基本相同。因此，用上述设备观测的蒸发量数据，都应乘以折算系数，才能作为天然水体的蒸发量估计值，即：
式中：E天然为天然水面蒸发量，mm；K为折算系数；E仪器为小型蒸发器观测的水面蒸发量，mm。
利用衡水水文实验站1985—2010年资料系列，计算20m2蒸发池水面蒸发量与E601型蒸发器蒸发量进行相关性分析，以月为单位时段进行分析计算，计算结果见表7-36。
表7-36 蒸发池（20m2）与E601型蒸发器水面蒸发量换算系数
朱庄水库水文站水面蒸发量只有E601型蒸发器观测资料，计算水库水面蒸发量，要换算成天然水面蒸发量。影响水面蒸发量的因素有太阳辐射、气温日照差、风速和相对湿度等。在河北省境内，有大型水面蒸发池观测资料的只有衡水水文实验站，从地理位置上分析，衡水水文实验站在东经115°30′，北纬37°45′。朱庄水库水文站在东经114°14′，北纬36°59′，相差较小，几乎在同一经度和纬度。在同经度和纬度的位置，影响蒸发得因子太阳辐射、气温日照差、风速和响度湿度变化不大。所以利用衡水水文实验站20m2蒸发池与E601型蒸发器折算系数，在根据朱庄水库E601型蒸发器观测资料，计算其水面蒸发量，更接近天然水面蒸发量。
根据河北省衡水水文实验站20m2蒸发池与E601型蒸发器的折算系数，利用朱庄水库E601型蒸发器观测资料，结合水库水面面积，计算朱庄水库水面蒸发量。计算时段以月为计算时段，计算公式：
式中：Ei，水库为第i月水库蒸发量，万m3；k为单位换算系数；Ai，水面面积为第i月水库水面面积km2；Ei，水面蒸发为第i月天然水面蒸发量，mm。
利用2000年各月水库、水面面积和同步观测的E601型蒸发量资料系列，计算朱庄水库水面蒸发量。计算结果见表7-37。
表7-37 朱庄水库2000年水面蒸发量计算结果
根据上述计算方法，分别对朱庄水库2000—2010年水面蒸发量进行计算。通过计算结果可以看出，朱庄水库水面蒸发量较大值出现在5月、6月，较小值出现在1月、12月。计算结果见表7-38。
表7-38 朱庄水库2001—2010年逐月蒸发量计算结果
续表
3.3 水面蒸发量及变化特征
水库水面蒸发量变化特征包括单位面积蒸发量和蒸发量年内分配。
3.3.1 单位面积蒸发量计算
利用朱庄水库2000—2010年水库水位面积和水面蒸发量计算成果，分别计算出朱庄水库多年平均水面蒸发量为794.38万m3，单位面积水面蒸发量为85.60万m3/km2。表7-39为朱庄水库单位面积蒸发量计算表。
表7-39 朱庄水库单位面积蒸发量计算表
3.3.2 年内变化特征
利用2000—2010年水库蒸发量资料，分别计算出朱庄水库逐月蒸发量。逐月蒸发量变化柱状图见图7-12。
通过朱庄水库逐月水面蒸发量可以看出，水面蒸发量较大值出现在5月、6月，分别为106.30万m3和106.22万m3。在北方地区，5月、6月气温虽不是最高，但气候干燥，风速大，蒸发损失量也大，是全年中最干旱的季节。较小值出现在1月和12月，分别为12.96万m3和23.94万m3。北方地区的1月、12月在冰期，水库水面结冰影响水面蒸发量，在水与空气之间有冰层的存在，影响水面与空气接触，是全年水面蒸发量最小的季节。
图7-12 朱庄水库水面蒸发量年内变化柱状图
朱庄水库年内最大月平均蒸发量为106.30万m3，最小月平均蒸发量为12.96万m3，极值比为8.20，极值差为93.34万m3。
3.4 结论
由于受观测仪器条件的限制，水库水面蒸发量计算常采用E601型蒸发器观测资料近似代替水面蒸发量，而天然水面蒸发量与E601型蒸发器观测值存在一定的误差。采用大水体蒸发池观测资料能较好地反映天然水体蒸发量。通过河北省衡水水文实验站20m2蒸发池观测资料与E601型蒸发器进行同步计算，采用其折算系数，将朱庄水库E601型蒸发器蒸发量换算成大水体水面蒸发量，使水面蒸发结果接近于天然水体蒸发量。
朱庄水库多年平均蒸发量为794.38万m3，单位面积蒸发量85.60万m3/km2。朱庄水库年内最大月平均蒸发量出现在5月，为106.30万m3；最小月平均蒸发量出现在1月，为12.96万m3。年内变化极值比为8.20，极值差为93.34万m3。
水库水面蒸发损失量，在水资源用水规划、水资源调度及水量平衡计算中，是一项重要的指标。准确计算水库水面蒸发量，对水资源合理开发利用由重要作用。